(57)【要約】  安全性の確保と画面輝度の増加を両立できる映像投影装置および映像投影方法を提供する。映像投影装置は、レーザを射出するレーザ光源部と、１つ以上の走査方向をもち、最も走査周波数が高い走査方向に関して、レーザの往復走査を行って、映像を投影するレーザ走査部と、往復走査を行う走査方向に関して、往路においてレーザの出射を停止する時の走査角度と、復路においてレーザの出射を開始する時の走査角度が異なるように、映像信号に応じてレーザ光源部及びレーザ走査部の動作を制御する制御部と備える。
2011086849.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザを射出するレーザ光源部と、
１つ以上の走査方向をもち、最も走査周波数が高い走査方向に関して、前記レーザの往復走査を行って、映像を投影するレーザ走査部と、
往復走査を行う前記走査方向に関して、往路において前記レーザの出射を停止する時の走査角度と、復路において前記レーザの出射を開始する時の走査角度が異なるように、映像信号に応じて前記レーザ光源部及び前記レーザ走査部の動作を制御する制御部と
を備える映像投影装置。
【請求項２】
レーザを射出するレーザ光源部と、
１つ以上の走査方向をもち、最も走査周波数が高い走査方向に関して所定の走査周期で前記レーザを往復走査して、映像を投影するレーザ走査部と、
往復走査を行う前記走査方向に関して、往路における前記レーザの出射停止時間と、復路における前記レーザの出射開始時間との時間差が、前記レーザの隣接するパルスを単一のパルスとみなす前記パルス間の間隔の半分よりも長くなるように、映像信号に応じて前記レーザ光源部及び前記レーザ走査部の動作を制御する制御部と
を備え、
前記所定の走査周期は、前記時間差×２÷（１−前記往復走査の折返し位置で前記レーザの隣接するパルスを単一のパルスとみなしたときに前記レーザの出力上限を低下させる割合Ｒ）よりも長い映像投影装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記時間差が前記間隔よりも長くなり、前記所定の走査周期が、前記間隔よりも長い前記時間差×２÷（１−Ｒ）よりも長くなるように、前記レーザ光源部及び前記レーザ走査部の動作を制御する請求項２に記載の映像投影装置。
【請求項４】
前記制御部は、往復走査を行う前記走査方向に関して、前記往路において前記レーザの出射を停止する時の走査角度と、前記復路において前記レーザの出射を開始する時の走査角度が異なるように制御を行う請求項２に記載の映像投影装置。
【請求項５】
前記制御部が、往復走査を行う前記走査方向に関して、前記往路において前記レーザの出射を停止する時の前記走査角度よりも、前記復路において前記レーザの出射を開始する時の前記走査角度が、小さくなるように制御を行う
請求項４に記載の映像投影装置。
【請求項６】
前記制御部が、往復走査を行う前記走査方向において、前記往路において前記レーザの出射を停止する時の前記走査角度よりも、前記復路において前記レーザの出射を開始する時の前記走査角度が、大きくなるように制御を行う
請求項４に記載の映像投影装置。
【請求項７】
レーザを射出するレーザ光源部と、
１つ以上の走査方向をもち、最も走査周波数が高い走査方向に関して前記レーザを往復走査して、映像を投影するレーザ走査部と、
前記レーザを出射する期間と前記レーザの出射を停止する期間とが交互に繰り返され、かつ、前記レーザの出射を連続して停止する期間が、眼のフォーカスがあう距離だけ離れた位置で前記眼の大きさに相当する範囲を前記レーザ走査部が前記最も走査周波数が高い走査方向に沿って走査するのに必要な角度に対応する時間よりも長くなるように、映像信号に応じて前記レーザ光源部及び前記レーザ走査部の動作を制御する制御部と
を備える映像投影装置。
【請求項８】
前記制御部は、往路において前記レーザが出射される期間と復路において前記レーザが出射される期間が重ならないように制御を行う請求項７に記載の映像投影装置。
【請求項９】
レーザを射出するレーザ光源部と、
１つ以上の走査方向をもち、最も走査周波数が高い走査方向に関して前記レーザを往復走査して、映像を投影するレーザ走査部と、
前記レーザ光源部の出力が、前記レーザ走査部の走査角速度、または、被投射面における前記レーザの走査速度に比例するように、映像信号に応じて前記レーザ光源部及び前記レーザ走査部の動作を制御する制御部と
を備える映像投影装置。
【請求項１０】
前記制御部が、前記最も走査周波数が高い走査方向以外の走査方向の走査周期ごとに、時間で制御方法を切り替える
請求項１乃至９のいずれか１項に記載の映像投影装置。
【請求項１１】
前記制御部が、前記レーザの出射開始位置および出射停止位置を制御して、前記最も走査周波数が高い走査方向の走査周期ごとに、前記レーザの走査角度の範囲を変化させる
請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の映像投影装置。
【請求項１２】
前記レーザ走査部の走査範囲内に配置され、前記レーザの一部の光路を変化させる部分透過鏡と、
前記光路が変化したレーザを検知して前記制御部に通知する光検出器と
を更に有し、
前記制御部は、前記光路が変化したレーザを前記光検出器で検知したタイミングに基づいて、前記レーザの出射の開始および停止を制御する請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の映像投影装置。
【請求項１３】
レーザを射出し、
１つ以上の走査方向のうち、最も走査周波数が高い走査方向に関して、前記レーザの往復走査を行って、映像を投影し、
往復走査を行う前記走査方向に関して、往路において前記レーザの出射を停止する時の走査角度と、復路において前記レーザの出射を開始する時の走査角度が異なるように、映像信号に応じて前記レーザの出射および前記レーザの走査を制御する映像投影方法。
【請求項１４】
レーザを射出し、
１つ以上の走査方向のうち、最も走査周波数が高い走査方向に関して所定の走査周期で前記レーザを往復走査して、映像を投影し、
往復走査を行う前記走査方向に関して、往路における前記レーザの出射停止時間と、復路における前記レーザの出射開始時間との時間差が、前記レーザの隣接するパルスを単一のパルスとみなす前記パルス間の間隔の半分よりも長くなるように、映像信号に応じて前記レーザの出射および前記レーザの走査を制御し、
前記所定の走査周期を前記時間差×２÷（１−前記往復走査の折返し位置で前記レーザの隣接するパルスを単一のパルスとみなしたときに前記レーザの出力上限を低下させる割合Ｒ）よりも長くなるように設定する映像投影方法。
【請求項１５】
レーザを射出し、
１つ以上の走査方向のうち、最も走査周波数が高い走査方向に関して前記レーザを往復走査して、映像を投影し、
前記レーザを出射する期間と前記レーザの出射を停止する期間とが交互に繰り返され、かつ、前記レーザの出射を連続して停止する期間が、眼のフォーカスがあう距離だけ離れた位置で前記眼の大きさに相当する範囲を前記最も走査周波数が高い走査方向に沿って走査するのに必要な角度に対応する時間よりも長くなるように、映像信号に応じて前記レーザの出射および前記レーザの走査を制御する映像投影方法。
【請求項１６】
レーザを射出し、
１つ以上の走査方向のうち、最も走査周波数が高い走査方向に関して前記レーザを往復走査して、映像を投影し、
前記レーザの出力が、前記レーザの走査角速度、または、被投射面における前記レーザの走査速度に比例するように、映像信号に応じて前記レーザの出射および前記レーザの走査を制御する映像投影方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、映像投影装置および映像投影方法に関する。特に本発明は、レーザ光源を走査して映像を投影する映像投影装置および映像投影方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、小型で安価なレーザ光源が製造されている。また、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ−Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）技術の発展に伴って、小型で高速に振動する走査素子が開発されている。このような背景の下に、レーザ光の角度をＭＥＭＳミラー等で変化させ、被投射面（被投影面）上で走査することで映像を描画する走査型レーザプロジェクタの開発がされている（例えば特許文献１参照）。【０００３】
一方、レーザを使用した製品には安全性の確保が求められ、ＩＥＣ（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｏｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｃｏｍｍｉｓｓｉｏｎ）６０８２５、ＪＩＳ（Ｊａｐａｎ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ  Ｓｔａｎｄａｒｄ）６８０２などの規格において定められた安全基準の遵守が要求される。【０００４】
レーザの安全確保のために、ＩＥＣ６０８２５、ＪＩＳ６８０２などの規格に準拠してレーザのクラスわけをおこない、クラスに応じた使用方法に従うことが決められている。レーザは、クラス１、１Ｍ、２、２Ｍ、３Ｒ、３Ｂ、４の７段階に分けられ、それぞれのクラスに応じて使用用途および使用環境が限定される。ここで、７段階のクラスわけは２００７年発行のＩＥＣ６０８２５−１に記載されている。以下の説明においては当ＩＥＣに則り説明を行う。【０００５】
ＩＥＣ６０８２５−１は、走査型レーザに関して、走査部からある距離に置かれたヒトの眼に模した直径７ｍｍの開口をレーザが通過する時間をパルス時間幅とし、この開口をレーザが通過する回数をパルス数とした繰り返しパルス列を用いて、安全性を評価することを定めている。また、ＩＥＣ６０８２５−１は、繰り返しパルス列に関する以下の３つの条件の中で、最も厳しい条件において、安全性を評価することを定めている。ここでは例としてクラス２の規定に則り計算を示す。ここで、Ｃ６は規格で定められた光源の大きさに依存した補正係数、ｔはパルス時間幅、Ｎはパルス数、πは円周率である。【０００６】
第１の条件は、パルス列内のいずれの単一パルスからの露光も、単一パルスに対するＡＥＬ（Ａｃｃｅｓｓｉｂｌｅ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  Ｌｉｍｉｔ：被ばく放出限界）を超えてはならないということである。【０００７】
【数１】
2011086849.tif 000003
【０００８】
第２の条件は、放出持続時間内のパルス列の平均パワーが、放出時間幅の単一パルスのＡＥＬを超えてはならないということである。【０００９】
【数２】
2011086849.tif 000004
【００１０】
第３の条件は、パルス列内のパルスの平均露光は、補正係数Ｃ５＝Ｎ−１／４を乗じた単一パルスに対するＡＥＬを超えてはならないということである。【００１１】
【数３】
2011086849.tif 000005
【００１２】
第１の条件は、第３の条件との比較から明らかなように、常に第３の条件に比べて緩いため、第１の条件について考慮の必要はない。【００１３】
ところで、安全性の考慮は、ＩＥＣ６０８２５−１に規定されているように、想定される最も大きな被ばくを受ける状況下で行わなければならない。レーザを往復走査する場合、端部が最も被ばく量の大きくなる位置である。その理由は２つある。１つ目の理由は、レーザを折り返すと、１方向走査の２倍の時間だけ連続でレーザが照射されるためである。２つ目の理由は、特に走査素子が共振を利用したデバイスである場合、端部においてレーザの走査速度が著しく低下するためである。【００１４】
レーザの出力上限は、最も被ばく量の大きい端部で決まり、端部が画面全体の明るさを決定する。端部ではパルス数が１／２になり、通過時間が倍になる。これを上記第２の条件及び第３の条件に当てはめると、例えば第３の条件の場合、Ｐ（ｃ）の値は上述した式に従って得られる値の２−３／４（＝（１／２）−１／４×（１／２））≒０．６倍になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】日本特開平０３−０６５９１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
上記のように、レーザの出力上限は最も被ばく量の大きい端部で決まり、端部が画面全体の明るさを決定していた。そして、レーザの出力上限は安全基準に従って決定される。このため、安全性の確保と画面輝度の増加は両立できない問題があった。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明は、上記課題を解決する映像投影装置および映像投影方法を提供することを目的としている。
上記課題を解決するために、本発明は、レーザを射出するレーザ光源部と、１つ以上の走査方向をもち、最も走査周波数が高い走査方向に関して、前記レーザの往復走査を行って、映像を投影するレーザ走査部と、往復走査を行う前記走査方向に関して、往路において前記レーザの出射を停止する時の走査角度と、復路において前記レーザの出射を開始する時の走査角度が異なるように、映像信号に応じて前記レーザ光源部及び前記レーザ走査部の動作を制御する制御部とを備える映像投影装置である。
また、本発明は、レーザを射出し、１つ以上の走査方向のうち、最も走査周波数が高い走査方向に関して、前記レーザの往復走査を行って、映像を投影し、往復走査を行う前記走査方向に関して、前記往路において前記レーザの出射を停止する時の走査角度と、前記復路において前記レーザの出射を開始する時の走査角度が異なるように、映像信号に応じて前記レーザの出射および前記レーザの走査を制御する映像投影方法である。【００１８】
本発明は、レーザを射出するレーザ光源部と、１つ以上の走査方向をもち、最も走査周波数が高い走査方向に関して所定の走査周期で前記レーザを往復走査して、映像を投影するレーザ走査部と、往復走査を行う前記走査方向に関して、往路における前記レーザの出射停止時間と、復路における前記レーザの出射開始時間との時間差が、前記レーザの隣接するパルスを単一のパルスとみなす前記パルス間の間隔の半分よりも長くなるように、映像信号に応じて前記レーザ光源部及び前記レーザ走査部の動作を制御する制御部とを備え、前記所定の走査周期は、前記時間差×２÷（１−前記往復走査の折返し位置で前記レーザの隣接するパルスを単一のパルスとみなしたときに前記レーザの出力上限を低下させる割合Ｒ）よりも長い映像投影装置である。
また、本発明は、レーザを射出し、１つ以上の走査方向のうち、最も走査周波数が高い走査方向に関して所定の走査周期で前記レーザを往復走査して、映像を投影し、往復走査を行う前記走査方向に関して、往路における前記レーザの出射停止時間と、復路における前記レーザの出射開始時間との時間差が、前記レーザの隣接するパルスを単一のパルスとみなす前記パルス間の間隔の半分よりも長くなるように、映像信号に応じて前記レーザの出射および前記レーザの走査を制御し、前記所定の走査周期を前記時間差×２÷（１−前記往復走査の折返し位置で前記レーザの隣接するパルスを単一のパルスとみなしたときに前記レーザの出力上限を低下させる割合Ｒ）よりも長くなるように設定する映像投影方法である。【００１９】
本発明は、レーザを射出するレーザ光源部と、１つ以上の走査方向をもち、最も走査周波数が高い走査方向に関して前記レーザを往復走査して、映像を投影するレーザ走査部と、前記レーザを出射する期間と、前記レーザの出射を停止する期間とが繰り返され、かつ、前記レーザの出射を停止する前記期間が、眼のフォーカスがあう距離だけ離れた位置で前記眼の大きさに相当する範囲を前記レーザ走査部が前記最も走査周波数が高い走査方向に沿って走査するのに必要な角度に対応する時間よりも長くなるように、映像信号に応じて前記レーザ光源部及び前記レーザ走査部の動作を制御する制御部とを備える映像投影装置である。
また、本発明は、レーザを射出し、１つ以上の走査方向のうち、最も走査周波数が高い走査方向に関して前記レーザを往復走査して、映像を投影し、前記レーザを出射する期間と前記レーザの出射を停止する期間とが交互に繰り返され、かつ、前記レーザの出射を連続して停止する期間が、眼のフォーカスがあう距離だけ離れた位置で前記眼の大きさに相当する範囲を前記最も走査周波数が高い走査方向に沿って走査するのに必要な角度に対応する時間よりも長くなるように、映像信号に応じて前記レーザの出射および前記レーザの走査を制御する映像投影方法である。【００２０】
本発明は、レーザを射出するレーザ光源部と、１つ以上の走査方向をもち、最も走査周波数が高い走査方向に関して前記レーザを往復走査して、映像を投影するレーザ走査部と、前記レーザ光源部の出力が、前記レーザ走査部の走査角速度、または、被投射面における前記レーザの走査速度に比例するように、映像信号に応じて前記レーザ光源部及び前記レーザ走査部の動作を制御する制御部とを備える映像投影装置である。【００２１】
また、本発明は、レーザを射出し、１つ以上の走査方向のうち、最も走査周波数が高い走査方向に関して前記レーザを往復走査して、映像を投影し、前記レーザの出力が、前記レーザの走査角速度、または、被投射面における前記レーザの走査速度に比例するように、映像信号に応じて前記レーザの出射および前記レーザの走査を制御する映像投影方法である。【００２２】
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となり得る。
【発明の効果】
【００２３】
以上の説明から明らかなように、この発明では、レーザ光の出射時間をレーザの走査に応じて制御して、関連する技術において最も被ばく量が大きくなる部分であった端部におけるレーザの被ばく量を低減することができる。これにより、安全確保と画面輝度の向上を同時に達成する手段と、その制御手段を有する映像投影装置および映像投影方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の基本形態および第１の実施形態〜第５の実施形態に係る映像投影装置の一構成例を示すブロック図である。
【図２】基本形態における走査角度及びレーザ出力の時間変位を示す図である。
【図３】基本形態における走査角度及びレーザ出力の時間変位を示す図である。
【図４】基本形態および第１の実施形態における走査角度及びレーザ出力の時間変位を示す図である。
【図５】基本形態および第１の実施形態における走査角度及びレーザ出力の時間変位を示す図である。
【図６】基本形態におけるレーザ出射時間と出力比との関係を示す図である。
【図７】第１の実施形態における走査角度及びレーザ出力の時間変位を示す図である。
【図８】第２の実施形態の制御方法を示す図である。
【図９】第３の実施形態の制御方法を示す図である。
【図１０】走査角度、スクリーンでの速度、及びレーザ出力の時間変位を示す図である。
【図１１】第４の実施形態の制御方法を示す図である。
【図１２】第５の実施形態の概念を示す図である。
【図１３】第５の実施形態の制御方法を示す図である。
【図１４】第６の実施形態に係る映像投影装置の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、発明の実施形態を通じて本発明を説明する。ただし、以下の実施形態は請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。
【００２６】
［基本形態］
図１に本発明の基本形態に係る映像投影装置の一構成例を図示する。映像投影装置１００は、レーザを射出するレーザ光源部１１０と、レーザ走査部１２０と、制御部１３０とで構成される。
【００２７】
レーザ光源部１１０から出射されたレーザの角度（方向）を、レーザ走査部１２０で変化させ、被投射面２００上で走査する。制御部１３０は、映像信号に応じてレーザ光源部１１０の光源出力および出力時間と、レーザ走査部１２０の走査素子を制御することで、映像信号に応じた映像を被投射面２００に投影する。
【００２８】
レーザ光源部１１０は、１光軸になったビームを１つ以上出射する。レーザ光源部１１０は、内部に１つ以上のレーザ光源を有する。複数のレーザ光源が設けられている場合、レーザ光源部１１０は、これらレーザ光源からのビームを１本のビームに合波する構造を有している。レーザ光源部１１０に含まれるレーザ光源が１つであり、レーザ光源部１１０が合波手段を有さない構造であっても構わない。
【００２９】
複数波長が１つの光軸に合波される例としては、フルカラーの映像を投影する目的であれば、赤（波長：６４０ｎｍ）、緑（波長：５３０ｎｍ）、青（波長：４５０ｎｍ）（いずれも波長は代表例）の３波長を合波する構造が考えられる。色度域を広くするために、他の波長、例えば黄色（５８０ｎｍ）などを合波する構造もある。１つの波長のレーザを複数個合成する構造もある。
【００３０】
レーザを合成する手段であるコンバイナには、波長選択性鏡を使用したコンバイナ、半透過鏡を使用したコンバイナ、偏光選択鏡を使用したコンバイナ、ファイバ型コンバイナ、導波路型コンバイナなどがある。レーザ光源部１１０に含まれるレーザ光源は、映像信号およびレーザ走査部１２０に応じて出射時間および出力が制御される。
【００３１】
レーザ走査部１２０は、１つ以上の走査素子を含み、１つ以上の方向にレーザを走査し、レーザ光源部１１０からレーザ走査部１２０に入射したレーザ光の進行方向を変化させる特徴を有する。レーザ走査部１２０は、単一の走査素子が複数方向の走査を実現している構造でもよいし、複数の走査素子が各走査方向の走査を独立して実現している構造でもよい。レーザ走査部１２０は制御部１３０が制御する。
【００３２】
走査素子には、ＭＥＭＳ技術を用いて製造される共振振動ミラー、ガルバノスキャナ、ＧＬＶ（Ｇｒａｔｉｎｇ  Ｌｉｇｈｔ  Ｖａｌｖｅ）、ポリゴンスキャナ、ＡＯＭ（Ａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｏｐｔｉｃ  Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）結晶、ＫＴＰ（ＫＴｉＯＰＯ４）結晶、液晶、その他の振動するレンズおよびミラーなどの光学素子などがある。
【００３３】
また、映像投影装置１００は、レーザ光源部１１０およびレーザ走査部１２０の状態をモニタして、その結果を制御部１３０に送る機能を有していてもよい。これらの状態をレーザ光からモニタする方法としては、ＰＤ（Ｐｈｏｔｏ  Ｄｉｏｄｅ）などの光受光素子を用いる方法がある。
【００３４】
制御部１３０は、映像信号に応じて、レーザ光源部１１０およびレーザ走査部１２０を制御する機能を有している。制御部１３０は、レーザ光源部１１０、及び、レーザ走査部１２０から信号を受け、制御方法や制御パラメータを変更する機能を有していてもよい。制御部１３０は、レーザ走査部１２０の最も走査周波数が高い走査方向に関して、往路および復路ともレーザを出射するようにレーザ光源部１１０を制御する。また、制御部１３０は、レーザ走査部１２０の走査方向のうち最も走査周波数が高い走査方向に関して、往路および復路での描画時に出射停止時間および出射開始時間を制御することを特徴とする。
【００３５】
次に、往路におけるレーザの出射停止時間と、復路におけるレーザの出射開始時間の制御方法について説明する。ＩＥＣ６０８２５では、繰り返しパルス列の隣接するパルス同士の間隔が１８μｓ以下のときはパルスを同一とみなす（単一のパルスと見なす）ことが規定されている。短い時間内に新たなレーザが照射された場合、前に入射したレーザの影響が緩和しきれないことから、こうした定義がなされている。端部では、往路においてレーザが開口を通過した後、復路において戻ってきたレーザが開口に入射するまでの間の時間が短い。この時間が１８μｓ以下のときは、パルスを同一とみなすことになる。端部でパルスを同一とみなしたとき、前述のとおり、レーザの出力上限は２−３／４≒０．６倍となる。
【００３６】
これを回避するための制御方法は、図２に示すように端部の折返し地点において、１８μｓよりも長い無発光の時間を設けることで実現可能である。無発光時間を設けることで、レーザビームの出力を増加させることが可能である。
【００３７】
ただし、無発光時間が長くなると、画面全体の輝度は発光していない時間の割合だけ低下する。走査周期が９０μｓよりも長いときに無発光の時間を１８μｓよりも長くする場合、必要な無発光時間の割合が、走査周期の１／２に対して４０％未満であるときに、上記制御方法は有効である。
【００３８】
画面の輝度は以下の式で計算される。以下の式の結果が１を超える範囲では、上記制御方法を利用した出力の増加が可能である。
｛端部でレーザが開口を通過する時間｝÷｛制御後において、被ばく量が最大となる位置でレーザが開口を通過する時間｝×｛制御後のレーザの照射時間｝÷｛制御前のレーザの照射時間｝
【００３９】
走査角速度が等速であるならば、走査周期Ｔが式（１）の条件を満たすときに上記制御方法を用いた輝度の向上が望める。
【００４０】
【数４】
2011086849.tif 000006
【００４１】
また、図３のように走査速度が一定ではない場合（例えば、共振を利用したＭＥＭＳミラーなど、走査角度が大きくなるほど走査角速度が小さくなる走査素子を用いた場合）には、上記のように１８μｓよりも長い無発光時間を設けない場合でも、上記制御方法を用いて画面輝度を増加させることが可能となることがある。例えば共振デバイスの速度変化は、一般に端部の速度が低下するという特徴を有する。速度が低下した場合、開口を通過する時間が増加することに相当し、出力限界の低下になる。そこで、上記のように無発光時間を設けることで、最も速度が遅くなる端部での発光を回避し、レーザ出力を増加させることが可能である。
【００４２】
具体例を図６に往復無照射として示す。走査素子が共振動作をしており、走査周期５０μｓ、走査角度３０ｄｅｇ（度）で輝度を計算すると、８０％の表示期間に設定したとき、１００％の表示期間に設定したときに比べて１．４倍の輝度になる。また、７０％の表示期間に設定したとき、１００％の表示期間に設定したときに比べて１．５倍の輝度になる。さらに、６０％の表示期間に設定したときにこの効果が最大になり、１００％の表示期間に設定したときに比べて１．６倍の輝度になる。
【００４３】
また、２７％の表示期間に設定したとき、端部においてレーザが開口を通過してから開口にレーザが再入射するまでの時間が１８μｓよりも長くなり、同じ安全性を基準にすると、１００％の表示期間に設定したときに比べて１．７倍の輝度を達成することが可能である。
【００４４】
次に、図４に示すように往路においては無発光時間を設けず、復路において無発光時間を設けた場合、上記の場合に比べて無発光時間を半分にできる。このため、無発光時間に起因する輝度減少を抑えることが可能である。
【００４５】
走査角速度が等速であるならば走査周期Ｔが以下のときに上記の制御を利用して輝度の向上が望める。
【００４６】
【数５】
2011086849.tif 000007
【００４７】
また、レーザを折返し地点まで出射せず、より小さい走査角度で出射を停止してもよい。ただし、折り返す前から最端部を越えて連続でレーザを出力し続けないようにする。
なお、図４では、往路においては無発光時間を設けず、復路において無発光時間を設けた。しかし、往路において無発光時間を設け、復路においては無発光時間を設けないようにしてもよい。
【００４８】
前記同様、図５に示すように走査速度が一定ではない場合は、１８μｓよりも長い無発光時間を設けない場合でも、上記制御方法を用いて画面輝度を増加させることが可能となることがある。
【００４９】
具体例を図６に往復単照射として示す。走査素子が共振動作をしており、走査周期５０μｓ、走査角度３０ｄｅｇで出力を計算すると、８０％の表示期間に設定したとき、１００％の表示期間に設定したときに比べて１．６倍の出力になる。また、６０％の表示期間に設定したとき、１００％の表示期間に設定したときに比べて２．１倍の出力になる。さらに、３５％の表示時間に設定したときにこの効果が最大になり、１００％の表示期間に設定したときに比べて２．４倍の出力になる。
【００５０】
また、２７％の表示期間に設定したとき、端部においてレーザが開口を通過してから開口にレーザが再入射するまでの時間が１８μｓよりも長くなり、同じ安全性を基準にすると、１００％の表示期間に設定したときに比べて３．９倍の輝度を達成することが可能である。
【００５１】
［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態について説明する。図１は第１の実施形態に係る映像投影装置の構成を示すブロック図であり、その構成は上述したとおりである。第１の実施形態の制御方法を図４、図５、および図７に示す。レーザ走査部１２０の往復描画の走査方向に関して、往路における出射停止位置と、復路における走査停止位置が異なるように、制御部１３０が、レーザ光源部１１０の出力を電気的に制御する。
【００５２】
ある地点に置かれた開口には、往復走査の結果、往路における走査および復路における走査の双方においてレーザが入射する。このとき、往路および復路の双方において、出射されたレーザが開口に入射する走査角度の範囲に対応した期間として、レーザが開口を通過してから折返して再び開口に入射するまでの時間を１８μｓよりも長くする。そうすると、この時間が１８μｓ以下であったときと比較して安全性を向上できる。
【００５３】
安全性の向上の結果、同じ安全性を基準にすると、レーザ出力が大きくなる。このレーザ出力の増加が、レーザの出射を停止することに起因する照射時間の低下よりも大きいときに輝度の向上が達成できる。
【００５４】
図４に示すように、走査素子の走査速度が一定であり、走査素子の走査周期が４５μｓよりも長いときは、レーザの出力が停止される折返し位置からレーザの出力が開始するまでの時間が９μｓよりも長くなるようにすることで、上記条件を満たし輝度が増加する。
【００５５】
共振を利用したＭＥＭＳミラーなど、走査角度が大きくなるほど走査角速度が小さくなる走査素子を用いた場合は、折返し位置からレーザの出力が開始するまでの時間が９μｓよりも長くなくても、端部でのレーザの出射停止の結果として、走査速度が遅くなる箇所の被ばく量を低減させることができ、安全性を向上できる（図５および図７）。
【００５６】
レーザの出射停止位置および出射開始位置については、往路の出力期間が長く、復路の出力期間が短くてもよいし（図４および図５）、往路の出力期間が短く、復路の出力期間が長くてもよい（図７）。すなわち、図４中の参照符号Ｎ４および図５中の参照符号Ｎ５に示すように、出射停止位置が折返し部より手前でもよい。また、図７中の参照符号Ｎ７に示すように、出射開始位置が折返し部より遅くともよい。
【００５７】
また、レーザを折返し地点まで出射せず、それより手前で出射を停止してもよい。ただし、折り返す前から最端部を越えて連続でレーザを出力し続けないようにする。これは、端部が最も被ばく量が大きくなるためである。
【００５８】
［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態について説明する。本実施形態に係る映像投影装置は、第１の実施形態に係る映像投影装置と同様の構成である。第２の実施形態に係る制御方法を図８に示す。第１の実施形態において、往路または復路でレーザの出射を停止していた範囲（すなわち、端部における１８μｓ以内の範囲）において、往路および復路の双方において、レーザの出射の停止および開始を交互に行う。
【００５９】
第１の実施形態では、往路または復路の少なくとも一方においてレーザの出射を停止する。ただ、レーザ出力が停止している期間は本来画像信号が出力されている期間であり、ラスタースキャン型の映像投影装置の場合は解像画素数の低下につながる。
【００６０】
第２の実施形態の制御方法では、レーザが出射される時間とレーザの出射が停止される時間を交互に繰り返すことで、レーザの出射が完全になくならず、解像度の低下を抑えることが可能である。
【００６１】
図８において参照符号Ｎ８として示すように、レーザの出力が停止してから、再びレーザの出力を開始するまで（１区間）に４ｄｅｇよりも大きな角度を走査していることが望ましい。これは、ヒトの眼のフォーカスがあう１００ｍｍだけ離れた位置に、眼に模した７ｍｍの開口を配置したとき、レーザが開口を通過するのに必要な角度である。言い換えれば、この角度は、レーザ走査部１２０が、眼のフォーカスがあう距離だけレーザ走査部１２０から離れた位置で眼の大きさに相当する範囲を往復描画の走査方向に沿って走査するのに必要な角度である。１区間が４ｄｅｇ以下の場合は、開口内に２つ以上のパルスが入ることになる。また、往路における出射位置と復路における出射位置が重ならないことが安全性の観点からはより望ましい。
【００６２】
［第３の実施形態］
本発明の第３の実施形態について説明する。本実施形態に係る映像投影装置は、第１の実施形態および第２の実施形態に係る映像投影装置と同様の構成である。第３の実施形態の制御方法を図９に示す。走査角速度が遅くなるほど（走査角速度が小さくなるほど）レーザ出力を小さくするように（すなわち、走査角速度に比例してレーザ出力が小さくなるように）、制御部１３０がレーザ光源部１１０を制御する。速度が遅くなる端部においては、レーザ出力が小さくなるので、安全性を確保することができる。
【００６３】
また、ある位置での照度は、その位置に照射されたレーザの出力と時間の積分から計算される。走査系の場合、レーザが照射される時間は被投射面２００上での走査速度に反比例する。
【００６４】
図１０に示すように画面（スクリーン）上で照度を一定にするために、レーザ出力を被投射面２００上での速度に比例するように制御することが望ましい。また、折返し位置においてレーザの出射を停止する時間があってもよい。
【００６５】
［第４の実施形態］
本発明の第４の実施形態について説明する。本実施形態に係る映像投影装置は、第１の実施形態から第３の実施形態に係る映像投影装置と同様の構成である。第４の実施形態の制御方法を図１１に示す。本実施形態では、最も高速な（最も走査周波数が高い）走査方向以外の走査方向の走査周期に合わせて、基本形態および第１の実施形態から第３の実施形態に記載の方法の制御を切換える。なお、例えば、ある走査型映像装置では映像のフレームレートが上記周期に相当する。
【００６６】
例として図１１は、第１の実施形態における往路および復路での出射停止位置の制御をフレームごとに切換える方法を示す。奇数フレームと、偶数フレームとの間で、折返し位置での出射停止の走査角度および出射開始の走査角度を切換える。
【００６７】
ヒトはある時間内の光を積分して知覚する。このため、例えば映像のフレーム程度の時間（３０Ｈｚ）で交互に切り替わる部分は、平均した画像として認識される。その結果、解像度の低下を防止することができる。
【００６８】
［第５の実施形態］
本発明の第５の実施形態について説明する。本実施形態に係る映像投影装置は、第１の実施形態から第４の実施形態に係る映像投影装置と同様の構成である。第５の実施形態の概念図および制御方法を図１２および図１３に示す。走査素子を複数方向に走査する場合、低速な走査方向の走査角度や走査周期に応じて、高速な走査方向の走査角度が変化することや、高速な走査方向の走査角度を変化させることがある。このような場合などに、１ラインごとに制御方法やパラメータを変化させることで、より高輝度および高画質な映像投射をすることができる。
【００６９】
例えば、レーザ走査部１２０の走査方向が２つであり、それぞれの方向の走査が独立した走査素子を用いてなされているとき、第１の走査方向をｘ方向とし、第２の走査方向をｙ方向とする。そして、第１の走査方向に沿って高速に往復描画を行っているとする。この場合の投影図を図１２に示す。図１２から分かるように、ｙ方向の走査角度に応じて、ｘ方向の走査角度の範囲が異なる。
【００７０】
レーザが開口を通過する時間などは走査角度に依存するため、図１３に示すように、第２の走査方向に沿って、出射停止時間および出射開始時間を変更することが望ましい。すなわち、図１３で参照符号Ｎ１３ａとして示すように、ラインごとに走査角度の範囲が異なるように制御する。これに伴って、図１３で参照符号Ｎ１３ｂとして示すように、ラインごとに出射停止位置および出射開始位置を制御する。また、出射停止時間を制御して、スクリーン上のｘ方向における出射停止位置を制御することで、所望の形状の映像を投影して、高品質な映像を提供できる。形状は任意であり方形に限られない。
【００７１】
［第６の実施形態］
本発明の第６の実施形態について説明する。図１４は第６の実施形態に係る映像投影装置３００の構成を示すブロック図である。第６の実施形態では、レーザ走査部３２０が走査する走査範囲内に、レーザの一部の光路を変化させる部分透過鏡３４０ａおよび３４０ｂを配置し、光路が変わった一部のレーザを受光素子３５０ａおよび３５０ｂにそれぞれ入射させる。受光素子３５０ａおよび３５０ｂの検知結果を示す信号は制御部３３０に送信され、その制御に利用される。その他の構成（例えば、レーザ光源部３１０および被投射面４００）は、第１の実施形態〜第５の実施形態で説明した映像投影装置と同様である。
【００７２】
本構成を用いると、前記記載の基本形態および各実施形態をより簡便に実施することが可能である。例として、第２の実施形態に対して本構成を適用した場合について説明する。この場合、レーザの出射停止位置および出射開始位置に相当する場所に光受光素子３５０ａおよび３５０ｂを配置する。そして、往路において一方の光受光素子が光を感知したならば、そのタイミングから第２実施形態に記載の制御を開始し、復路において他方の光受光素子が光を感知したならば、そのタイミングから再びレーザの出射を連続で行うように制御を行う。その結果、第２の実施形態を簡便に実施可能である。
【００７３】
部分透過鏡３４０ａおよび３４０ｂは輝度を低下させないように透過率の高いものが望ましい。例としては、ガラスなどがある。受光素子３５０ａおよび３５０ｂとしてはＰＤなどを用いることができる。
【００７４】
なお、今後規格が改正されクラスわけの基準が改正される可能性はある。しかし、安全基準はヒトの眼の耐性を考慮して作製されたものであり、本発明の意義は変わらない。
【００７５】
以上、実施形態を用いて本発明を説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。上記実施形態に、多様な変更又は改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、請求の範囲の記載から明らかである。
【００７６】
この出願は、２０１０年１月１３日に出願された日本出願特願２０１０−００４９７５号を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
本発明は、例えば、レーザ光源を走査して映像を投影する映像投影装置に利用可能である。本発明では、安全確保と画面輝度の向上を同時に達成することができる。
【符号の説明】
【００７８】
１００  映像投影装置
１１０  レーザ光源部
１２０  レーザ走査部
１３０  制御部
２００  被投射面
３００  映像投影装置
３１０  レーザ光源部
３２０  レーザ走査部
３３０  制御部
３４０ａ，３４０ｂ  部分透過鏡
３５０ａ，３５０ｂ  受光素子
４００  被投射面
【図１】
2011086849.tif 000008
【図２】
2011086849.tif 000009
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【手続補正書】
【提出日】平成24年6月7日(2012.6.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザを射出するレーザ光源部と、
１以上の走査方向をもち、最も走査周波数が高い走査方向に関して、前記レーザの往復走査を行って、映像を投影するレーザ走査部と、
往復走査を行う前記走査方向に関して、往路において前記レーザの出射を停止する時の走査角度と、復路において前記レーザの出射を開始する時の走査角度が異なるように、映像信号に応じて前記レーザ光源部及び前記レーザ走査部の動作を制御する制御部と
を備えることを特徴とする映像投影装置。
【請求項２】
レーザを射出するレーザ光源部と、
１以上の走査方向をもち、最も走査周波数が高い走査方向に関して所定の走査周期で前記レーザを往復走査して、映像を投影するレーザ走査部と、
往復走査を行う前記走査方向に関して、往路における前記レーザの出射停止時間と、復路における前記レーザの出射開始時間との時間差が、前記レーザの隣接するパルスを単一のパルスとみなす前記パルス間の間隔の半分よりも長くなるように、映像信号に応じて前記レーザ光源部及び前記レーザ走査部の動作を制御する制御部と
を備え、
前記レーザ走査部は、前記時間差×２÷（１−前記往復走査の折返し位置で前記レーザの隣接するパルスを単一のパルスとみなしたときに前記レーザの出力上限を低下させる割合Ｒ）よりも長い所定の走査周期で前記レーザを往復走査する
ことを特徴とする映像投影装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記時間差が前記間隔よりも長くなり、前記所定の走査周期が、前記間隔よりも長い前記時間差×２÷（１−Ｒ）よりも長くなるように、前記レーザ光源部及び前記レーザ走査部の動作を制御する
ことを特徴とする請求項２に記載の映像投影装置。
【請求項４】
前記制御部は、往復走査を行う前記走査方向に関して、前記往路において前記レーザの出射を停止する時の走査角度と、前記復路において前記レーザの出射を開始する時の走査角度が異なるように制御を行う
ことを特徴とする請求項２に記載の映像投影装置。
【請求項５】
前記制御部は、往復走査を行う前記走査方向に関して、前記往路において前記レーザの出射を停止する時の前記走査角度よりも、前記復路において前記レーザの出射を開始する時の前記走査角度が、小さくなるように制御を行う
ことを特徴とする請求項４に記載の映像投影装置。
【請求項６】
前記制御部は、往復走査を行う前記走査方向において、前記往路において前記レーザの出射を停止する時の前記走査角度よりも、前記復路において前記レーザの出射を開始する時の前記走査角度が、大きくなるように制御を行う
ことを特徴とする請求項４に記載の映像投影装置。
【請求項７】
レーザを射出するレーザ光源部と、
１以上の走査方向をもち、最も走査周波数が高い走査方向に関して前記レーザを往復走査して、映像を投影するレーザ走査部と、
前記レーザを出射する期間と前記レーザの出射を停止する期間とが交互に繰り返され、かつ、前記レーザの出射を連続して停止する期間が、眼のフォーカスがあう距離だけ離れた位置で前記眼の大きさに相当する範囲を前記レーザ走査部が前記最も走査周波数が高い走査方向に沿って走査するのに必要な角度に対応する時間よりも長くなるように、映像信号に応じて前記レーザ光源部及び前記レーザ走査部の動作を制御する制御部と
を備えることを特徴とする映像投影装置。
【請求項８】
前記制御部は、往路において前記レーザが出射される期間と復路において前記レーザが出射される期間が重ならないように制御を行う
ことを特徴とする請求項７に記載の映像投影装置。
【請求項９】
レーザを射出するレーザ光源部と、
１以上の走査方向をもち、最も走査周波数が高い走査方向に関して前記レーザを往復走査して、映像を投影するレーザ走査部と、
前記レーザ光源部の出力が、前記レーザ走査部の走査角速度、または、被投射面における前記レーザの走査速度に比例するように、映像信号に応じて前記レーザ光源部及び前記レーザ走査部の動作を制御する制御部と
を備えることを特徴とする映像投影装置。
【請求項１０】
前記制御部は、前記最も走査周波数が高い走査方向以外の走査方向の走査周期ごとに、時間で制御方法を切り替える
ことを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の映像投影装置。
【国際調査報告】
2011086849.tif 000022
2011086849.tif 000023
2011086849.tif 000024
2011086849.tif 000025